神經(jīng)元的興奮和傳導(dǎo)人體及動(dòng)物生理學(xué)

1、會(huì)計(jì)學(xué)1神經(jīng)元的興奮和傳導(dǎo)人體及動(dòng)物生理學(xué)神經(jīng)元的興奮和傳導(dǎo)人體及動(dòng)物生理學(xué)(l細(xì)胞生物電活動(dòng)的產(chǎn)生主要是由于細(xì)胞生物電活動(dòng)的產(chǎn)生主要是由于 帶電離子跨膜分布的不均衡性帶電離子跨膜分布的不均衡性 Na+o Na+i 10 1, K+i K+o 30 1 細(xì)胞膜在不同條件下對(duì)離子通透性的變化細(xì)胞膜在不同條件下對(duì)離子通透性的變化 Two characteristics of cells contribute to their ability to maintain this electrical potential. First, different types of ions are unequ

2、ally distributed across the cell membrane. Second, the cell membrane is differentially permeable to ions. 0+ + - -B BA A細(xì)胞細(xì)胞細(xì)胞膜細(xì)胞膜微電極微電極電位計(jì)電位計(jì) 0+ + - -B BA A+ + + + + + + + + + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - -+ + + + + + - - - - - - + + + + + + - - - - - - + + + + + + + + + + + + + + +- - - -

3、- - - - - - - - - - -+ + + + + + + + + + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - -90mV-90mV0mV0mV0mV0mV本實(shí)驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)提示提示: :1.1.跨膜有跨膜有電位差電位差2.2.膜內(nèi)膜內(nèi)低于低于膜外膜外3.3.穩(wěn)定直流電位穩(wěn)定直流電位A-代表帶負(fù)電荷的有機(jī)大分子代表帶負(fù)電荷的有機(jī)大分子K+的擴(kuò)散對(duì)膜電位的作用：的擴(kuò)散對(duì)膜電位的作用：K+平衡電位平衡電位 條件：條件： 靜息狀態(tài)下膜內(nèi)、外離子分布不均衡靜息狀態(tài)下膜內(nèi)、外離子分布不均衡 Na+o Na+i 10 1, K+iK+o30 1 靜息狀態(tài)下細(xì)胞膜對(duì)離子

4、的通透性具有選擇性靜息狀態(tài)下細(xì)胞膜對(duì)離子的通透性具有選擇性: K+ 通透性大而通透性大而Na+基本不通透基本不通透 機(jī)制：機(jī)制： 膜內(nèi)膜內(nèi)K K+ +濃度高于膜外，安靜時(shí)膜對(duì)濃度高于膜外，安靜時(shí)膜對(duì)K K+ +通透性大，通透性大， K K+ +順濃度差外流，而細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)負(fù)離子不能順濃度差外流，而細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)負(fù)離子不能透出細(xì)胞，便產(chǎn)生了透出細(xì)胞，便產(chǎn)生了內(nèi)負(fù)外正的電位差內(nèi)負(fù)外正的電位差。當(dāng)促。當(dāng)促進(jìn)進(jìn)K K+ +向外移動(dòng)的化學(xué)力（向外移動(dòng)的化學(xué)力（K K+ +的擴(kuò)膜濃度梯度）與的擴(kuò)膜濃度梯度）與阻止阻止K K+ +向外移動(dòng)的電場(chǎng)力（跨膜電位梯度）達(dá)向外移動(dòng)的電場(chǎng)力（跨膜電位梯度）達(dá)到平衡時(shí)，則

5、到平衡時(shí)，則K K+ +的凈通透量等于零，此時(shí)的電的凈通透量等于零，此時(shí)的電位差稱為位差稱為K K+ +的平衡電位的平衡電位，等于靜息電位。，等于靜息電位。 +A A- -A A- -A A- -A A- -A A- -+A A- -A A- -+A A- -A A- -+K+順濃度差順濃度差(化學(xué)驅(qū)動(dòng)力化學(xué)驅(qū)動(dòng)力)跨膜跨膜外流外流, 建立起建立起內(nèi)內(nèi)負(fù)負(fù)外正外正的的跨膜電位跨膜電位。+A A- -A A- -A A- -A A- -A A- -+A A- -A A- -+A A- -A A- -+ 當(dāng)當(dāng)促使促使K+外流力外流力與與阻止阻止K+外流力外流力平衡平衡時(shí)時(shí), 即即,K+的電化學(xué)驅(qū)動(dòng)

6、力為零時(shí)的電化學(xué)驅(qū)動(dòng)力為零時(shí), K+的的凈凈通量為通量為零零 K+平衡電位平衡電位(RP)Nernst公式公式(1889):RTEX= logZFX+iX+o簡(jiǎn)化公式：簡(jiǎn)化公式： EX= 61 log (mV)X+iX+o如哺乳動(dòng)物骨骼肌細(xì)胞如哺乳動(dòng)物骨骼肌細(xì)胞: K+i : 155mmol/L, K+o: 4mmol/L,則則 0.026, log = -1.59 Ek=61 -1.59-95 (mV) K+iK+oK+iK+o(stimulus and response)2. 興奮和興奮性興奮和興奮性 (excitation and excitability)3、引起興奮的主要條件、引起興

7、奮的主要條件l 一定的刺激強(qiáng)度一定的刺激強(qiáng)度l 一定的刺激作用時(shí)間一定的刺激作用時(shí)間l 強(qiáng)度強(qiáng)度-時(shí)間變化率時(shí)間變化率 (dV/dt)l 閾強(qiáng)度閾強(qiáng)度剛能引起組織興奮的刺激強(qiáng)度剛能引起組織興奮的刺激強(qiáng)度l 閾刺激閾刺激達(dá)到閾強(qiáng)度的有效刺激達(dá)到閾強(qiáng)度的有效刺激l 閾上刺激閾上刺激高于閾強(qiáng)度的刺激高于閾強(qiáng)度的刺激l 閾下刺激閾下刺激低于閾強(qiáng)度的刺激低于閾強(qiáng)度的刺激注：注： 閾值可以作為衡量細(xì)胞和組織興奮性閾值可以作為衡量細(xì)胞和組織興奮性 的指標(biāo)，但并非固定參數(shù)的指標(biāo)，但并非固定參數(shù)l動(dòng)作電位特征：傳導(dǎo)的幅度不隨距離的動(dòng)作電位特征：傳導(dǎo)的幅度不隨距離的 增加而衰減。增加而衰減。 條件條件: 膜內(nèi)外存

8、在膜內(nèi)外存在Na+差差: Na+o Na+i 10 1 ； 膜在受到閾刺激而興奮時(shí)，對(duì)離子的通透性增加：膜在受到閾刺激而興奮時(shí)，對(duì)離子的通透性增加： 即電壓門控性即電壓門控性Na+、K+通道先后激活而開放。通道先后激活而開放。l動(dòng)作電位的峰值接近于動(dòng)作電位的峰值接近于Na+平衡電位平衡電位 。 (Na+ equilibrium potential )At the peak of action potential, the membrane potential becomes positive, quite close to the equilibrium potential for ENa.

9、l Na+通道迅速失活（不應(yīng)期）通道迅速失活（不應(yīng)期）l K+通道緩慢開放通道緩慢開放lNa+通道復(fù)活通道復(fù)活, K+通道關(guān)閉通道關(guān)閉l鈉鈉-鉀泵活動(dòng)鉀泵活動(dòng)增強(qiáng)增強(qiáng)，重建靜息電位，重建靜息電位證據(jù)：證據(jù)：將神經(jīng)浸浴于無(wú)將神經(jīng)浸浴于無(wú)Na+的溶液時(shí)，的溶液時(shí)，AP不復(fù)不復(fù)出現(xiàn)。出現(xiàn)。 用等滲溶液加入使用等滲溶液加入使Na+濃度減小，可見(jiàn)濃度減小，可見(jiàn)AP幅度或其超射值幅度或其超射值減小。減小。 利用藥理學(xué)分析膜電流利用藥理學(xué)分析膜電流的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的實(shí)驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用應(yīng)用Na+通道阻斷劑通道阻斷劑TTX, 內(nèi)向電流消失內(nèi)向電流消失。 應(yīng)用應(yīng)用K+通道阻斷劑通道阻斷劑TEA ， 外向電流消失外向電流消失。

10、河豚毒素河豚毒素( tetrodotoxin，TTX)四乙銨四乙銨 (tetraethylammonium，TEA)細(xì)胞受刺激細(xì)胞受刺激靜息電位降低靜息電位降低膜膜NaNa通道打開通道打開 NaNa通透性增通透性增大大 NaNa內(nèi)流內(nèi)流膜內(nèi)電位增高膜內(nèi)電位增高去極化去極化反極化反極化形成鋒電形成鋒電位的上升相位的上升相膜膜NaNa通道關(guān)閉通道關(guān)閉復(fù)極化復(fù)極化鋒電位的下降相鋒電位的下降相 靜息電位。靜息電位。已興奮的膜部分通已興奮的膜部分通過(guò)局部電流過(guò)局部電流“刺激刺激”了未興奮的膜部了未興奮的膜部分，使之出現(xiàn)動(dòng)作分，使之出現(xiàn)動(dòng)作電位；這樣的過(guò)程電位；這樣的過(guò)程在膜表面連續(xù)進(jìn)行在膜表面連續(xù)進(jìn)行下

11、去，就表現(xiàn)為興下去，就表現(xiàn)為興奮在整個(gè)細(xì)胞的傳奮在整個(gè)細(xì)胞的傳導(dǎo)。導(dǎo)。 l細(xì)胞生物電活動(dòng)的產(chǎn)生主要是由于細(xì)胞生物電活動(dòng)的產(chǎn)生主要是由于 帶電離子跨膜分布的不均衡性帶電離子跨膜分布的不均衡性 Na+o Na+i 10 1, K+i K+o 30 1 細(xì)胞膜在不同條件下對(duì)離子通透性的變化細(xì)胞膜在不同條件下對(duì)離子通透性的變化 Two characteristics of cells contribute to their ability to maintain this electrical potential. First, different types of ions are unequall

12、y distributed across the cell membrane. Second, the cell membrane is differentially permeable to ions. A-代表帶負(fù)電荷的有機(jī)大分子代表帶負(fù)電荷的有機(jī)大分子機(jī)制：機(jī)制： 膜內(nèi)膜內(nèi)K K+ +濃度高于膜外，安靜時(shí)膜對(duì)濃度高于膜外，安靜時(shí)膜對(duì)K K+ +通透性大，通透性大， K K+ +順濃度差外流，而細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)負(fù)離子不能順濃度差外流，而細(xì)胞內(nèi)的有機(jī)負(fù)離子不能透出細(xì)胞，便產(chǎn)生了透出細(xì)胞，便產(chǎn)生了內(nèi)負(fù)外正的電位差內(nèi)負(fù)外正的電位差。當(dāng)促。當(dāng)促進(jìn)進(jìn)K K+ +向外移動(dòng)的化學(xué)力（向外移動(dòng)的化學(xué)力（K K+ +的擴(kuò)膜濃度梯度）與的擴(kuò)膜濃度梯度）與阻止阻止K K+ +向外移動(dòng)的電場(chǎng)力（跨膜電位梯度）達(dá)向外移動(dòng)的電場(chǎng)力（跨膜電位梯度）達(dá)到平衡時(shí)，則到平衡時(shí)，則K K+ +的凈通透量等于零，此時(shí)的電的凈通透量等于零，此時(shí)的電位差稱為位差稱為K K+ +的平衡電位的平衡電位，等于